论文部分内容阅读
聚酰亚胺泡沫（PIF）在保留了聚酰亚胺材料各项优异性能的基础上又赋予了材料轻质隔热的特性,因而在高温隔热、吸声降噪、轻质复合材料等领域得到广泛应用。目前聚酰亚胺泡沫的制备方法主要包括“粉末发泡法”和“反应发泡法”,反应发泡法在制备过程中往往会在分子链上引入酯基等基团极大地削弱聚酰亚胺的耐热性,粉末发泡法在制备过程中不会对最后产物的化学结构产生影响故而多用于制备高性能聚酰亚胺泡沫材料。粉末发泡法属于聚酰亚胺制备方法中的“两步法”,其原料多为聚酰胺酯前驱体,目前关于前驱体树脂的稳定性、环化过程及动力学等与聚酰亚胺发泡过程影响的研究较少,粉末发泡法还面临着工艺参数繁多、工艺研究尚不完善等问题。此外,聚酰亚胺泡沫除广泛应用于高尖端国防军工等领域,近年来随着原料和生产成本降低、成型技术提高,许多聚酰亚胺泡沫也逐渐应用于诸多民用领域,除本身突出的耐热、隔热性能外,需对其进行功能化改性,以满足日益迫切的应用需求。本文首先制备了聚酰胺酯前驱体树脂,并对前驱体树脂的稳定性、环化过程、环化动力学进行了研究。以制备的聚酰胺酯前驱体树脂为原料采用粉末发泡法制备PIF,探究了各项工艺参数对泡孔结构及发泡过程的影响,并通过控制发泡剂含量制备了一系列PIF,对泡孔结构与泡沫性能的关系进行系统研究。最后以制备的性能优良的聚酰亚胺泡沫为基体,通过原位聚合的方式在泡沫材料内部和表面负载了聚苯胺材料制备了聚酰亚胺/聚苯胺复合泡沫材料（PIF-PANI）,PIF-PANI表现出优异的导电性,在压缩传感、电致发热及电磁屏蔽等领域显示良好的应用潜力。本文具体的研究内容和结果如下:（1）以BTDA（3,3’,4,4’-二苯酮四酸二酐）、ODA（4,4’-二氨基二苯醚）为原料,通过BTDA的酯化反应制备得到二酸二酯（BTDE）,而后以BTDE与ODA的缩合反应制备得到聚酰胺酯前驱体树脂。系统研究了前驱体树脂的储存稳定性,结果表明酯化聚酰胺酸可以大幅提高储存稳定性;利用DSC、TGA验证了FT-IR研究前驱体树脂环化过程的可行性;并利用FT-IR为研究手段,分析了聚酰胺酯的环化反应动力学过程,依据两种动力学模型对环化动力学进行研究,将酯化聚酰胺酸与聚酰胺酸的环化反应和环化动力学相比较,证实酯化聚酰胺酸基本不会影响聚酰胺酸的环化反应;之后通过控制溶剂的含量调控前驱体中发泡剂含量,并研究了溶剂对环化反应的影响,研究发现溶剂对聚酰胺酯的环化反应有促进作用。（2）以制备的聚酰胺酯前驱体树脂为原料,利用粉末发泡法制备了PIF,并研究了发泡工艺中前驱体树脂处理方式、发泡模具形状和材质、表面活性剂种类和含量以及发泡温度对泡沫泡孔结构均匀性的影响,最终确定了最佳发泡工艺条件:前驱体粉末最佳处理方式为研磨;最佳模具为全开放式石墨模具;最佳初始发泡温度为140oC;表面活性剂最佳种类和含量为固含量0.5 wt%的氟碳类表面活性剂。以前述发泡工艺为基础,通过控制前驱体树脂的发泡剂含量制备了一系列PIF,研究结果显示前驱体树脂发泡剂含量越大,制得的PIF密度越低、隔热能力越好但力学性能有所下降,发泡剂含量不影响前驱体树脂环化及发泡前后的化学结构,不同发泡剂含量前驱体树脂制得的PIF均具有优异的热力学性能。（3）以制备的综合性能最佳的PIF为基体,通过苯胺的原位聚合在PIF表面和内部均匀负载了掺杂态聚苯胺材料制备了PIF-PANI,并研究了聚合时间对聚苯胺的负载量和导电性的影响,PIF-PANI表现出优异的导电性、压缩回弹性、传感特性、电磁屏蔽性能以及电致发热性能。在不同的应变和应力下,PIF-PANI具有良好的压缩传感灵敏性,响应时间在300 ms左右;在16 V电压下,PIF-PANI的表面温度可达到48 oC,并显示出较好的开关响应性、长期稳定性及电压响应性;厚度为34.7 mm的PIF-PANI复合泡沫在X波段其电磁屏蔽效能达到24.5 d B,高于商业应用要求（20 d B）,故而PIF-PANI复合泡沫在压缩传感、电致发热及电磁屏蔽等领域具有良好的应用潜力。